“登山者”成世界首個CCS火電廠
有100層樓那么高的煙囪不斷地冒著白色的水蒸氣，混合了燃燒1.2萬噸煤之后產(chǎn)生的二氧化碳和其他一些廢氣不斷從“登山者”火電廠的煙囪中被排向空氣中，而每年“登山者”要這樣燃燒350萬噸煤。“登山者”火電廠位于美國紐黑文市郊區(qū)，其年發(fā)電量高達(dá)1300兆瓦，足夠100萬個美國家庭連續(xù)使用一個月。如今“登山者”火電廠將運用CCS技術(shù)將其年碳排放量的1.5%捕捉并封存于地下，這在世界上尚屬首次。
“冷卻氨”技術(shù)為CCS實際應(yīng)用鋪路
“‘登山者’目前處在一個重要的轉(zhuǎn)折點，我們認(rèn)為煤炭是不可或缺的資源，但我們也希望煤炭能夠更‘干凈’。”阿爾斯通集團(tuán)子公司阿爾斯通電力公司總裁飛利浦·喬伯特說。這次“登山者”火電廠使用的CCS技術(shù)正是來自阿爾斯通電子公司。
這次用于“登山者”火電廠的CCS設(shè)備所使用的技術(shù)被阿爾斯通公司稱為“冷卻氨”技術(shù)，它使用碳酸銨將CO2從被冷卻的廢氣中分離出來，之后再加熱生成的碳酸氫銨，回收生成的氨水以重復(fù)使用。氨水目前普遍應(yīng)用于分離廢氣中的氮氧化物。
“登山者”火電廠碳捕捉的過程簡單說來是這樣的：廢氣會通過用玻璃纖維增強過的碳捕捉塑料管道并會被降溫，從55攝氏度降低到1-21攝氏度之間。這樣做的目的是將其中的粉煤灰、二氧化硫和氮氧化物去除。走近這個設(shè)備會發(fā)現(xiàn)，其發(fā)出的隆隆巨響主要來自用于進(jìn)一步降溫的風(fēng)扇。另外，經(jīng)過冷卻的CO2會在一個高大的容器中沉淀，為了防止有其他固體進(jìn)入，容器中會有一個攪拌器不停運轉(zhuǎn)。之后，會有一個增壓機(jī)將CO2以每平方厘米98千克的密度液化。除此之外，碳酸氫銨也會在特有的再加工煙囪中經(jīng)過熱蒸汽和壓力的共同作用再次生成碳酸銨，這也是CO2分離過程中的重要一步。CO2會在這個過程中被“吸”出來，同時在這個過程中還會產(chǎn)生少量的硫酸銨，硫酸銨也是一種很好的化肥。阿爾斯通電力技術(shù)和政務(wù)部副主管羅伯特·希爾頓形象地將這個過程比喻成一次“淋浴”，他說：“在經(jīng)過處理后氣體將升起，而液體則下降。”
其實，“冷卻氨”技術(shù)給CCS應(yīng)用于發(fā)電廠帶來的最大好處還是在于與其他的CCS技術(shù)相比該技術(shù)對電力的消耗更低。阿爾斯通產(chǎn)品經(jīng)理肖恩·布萊克舉例說目前使用另一種氨化合物的CCS技術(shù)，幾乎要消耗一個發(fā)電廠30%的電力來維持，而他們的目標(biāo)是將消耗量降低到15%以下。
碳封存環(huán)節(jié)面臨更多難題
美國電力公司（AEP）也參與了這次“登山者”的CCS 技術(shù)應(yīng)用。該項目企劃負(fù)責(zé)人布萊恩·赫里克表示：“也許更艱難的挑戰(zhàn)在于碳封存的環(huán)節(jié)。”他認(rèn)為對于阿爾斯通公司來說，封存環(huán)節(jié)存在更多需要解決的問題。因為該環(huán)節(jié)不僅要受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況的影響，還需要地方政府的全力配合，同時與當(dāng)?shù)鼐用褚裁芮邢嚓P(guān)。據(jù)悉，“冷卻氨”技術(shù)之前已經(jīng)在威斯康星州的一家發(fā)電廠進(jìn)行了試用，但并沒有進(jìn)行碳封存。原因正是當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況并不適宜進(jìn)行碳封存。
這次應(yīng)用于“登山者”火電廠的CCS設(shè)備每小時可以捕捉 5.5噸被加壓的CO2，并通過一個直徑為5厘米左右的絕緣管運出。然后運到大約300米左右的地下，將其增壓至密度為每平方厘米140公斤左右，之后再通過兩口被稱作AEP1和AEP2的井封存到更深的地下。其中AEP2井將會把CO2運送到2375米深的地下砂巖層封存，而AEP1井則將CO2運往地下超過2450米處封存。壓在上方厚厚的頁巖層和石灰?guī)r層確保了CO2不會再次泄露到地面上來。
赫里克還表示，舊井最可能成為CO2泄露的通道。由于在AEP1、2的上方地下約1200米深處有一個舊煤氣井，所以CO2的地下封存情況也會被密切地監(jiān)測起來，以防止出現(xiàn)泄漏事故。另外為了更完整的檢測地下CO2的封存情況AEP公司還特意鉆了3口地下井用于觀測。
CCS的未來應(yīng)用更加廣闊
在談到CCS的實際應(yīng)用時，長期應(yīng)用CCS技術(shù)的美國拉辛市市長斯科特·希爾表示：“我想將CO2封存到地下要比將它們排放到空氣中好得多。我確實也很想知道這個技術(shù)長期會帶來什么影響，但就目前的情況來看，一切還是令人滿意的。”
赫里克表示，AEP公司下一步將會將提高這種設(shè)備的使用比例，希望發(fā)電廠1/5（約合235兆瓦）的發(fā)電過程中都能應(yīng)用這種CCS設(shè)備。當(dāng)然，這也會占用更多的空間，在準(zhǔn)備設(shè)備的過程中會占用8-12英畝的土地，還需要一個幾乎和發(fā)電廠一樣大的設(shè)備來吸收發(fā)電廠排放的廢氣。該設(shè)備至少要花費7億美元左右，AEP公司已經(jīng)向聯(lián)邦政府申請其中一半的資金援助。
阿爾斯通美國公司總裁皮埃爾表示，雖然該技術(shù)還無法立即推廣，但距離實際應(yīng)用也為時不遠(yuǎn)。公司計劃在2015年將“冷卻氨”技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化的推廣。
位于加利福尼亞州帕羅奧圖市的美國電力科學(xué)研究院（EPRI）高級研究員亨利說：“減少電力部門的碳排放是電力工業(yè)領(lǐng)域最重要的任務(wù)之一，如果我們能夠做到更好地“脫碳”，將會對電力汽車等新技術(shù)的發(fā)展有很大的幫助。”亨利還表示，EPRI估計通過CCS技術(shù)、加大可再生能源比例以及修建新型核電站等方式，美國的碳排放量到2030年會減少41%。
通過控制污染排放等方式也許可以使煤炭成為更加清潔的能源，而且使用清潔煤炭同樣需要極高的成本，發(fā)電成本幾乎要提高一倍。而且就算是清潔煤炭在燃燒后仍會產(chǎn)生汞和其他一些有毒物質(zhì)。此外，一些從20世紀(jì)50年代就開始運行的老發(fā)電廠根本沒有進(jìn)行污染排放控制的設(shè)備。他們會一直運行直到被迫關(guān)閉，這無形中又增加了電力成本。
“這是世界上首次將CCS技術(shù)應(yīng)用于火電廠。雖然有人說這只是一次小的嘗試，但其意義的重大是不言而喻的。” 飛利浦·喬伯特說。
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